DE19712900A1 - Sensoranordnung zur Strom- und Spannungsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Strom- und Spannungsmessung, insbesondere für Mittelspannungsanlagen.

Bei bekannten Sensoranordnungen dieser Art sind der Stromsensor und der Spannungssensor als getrennte Geräte in verschiedenen Gehäusen angeordnet. Diese Gehäuse sind hinsichtlich ihrer räumlichen Abmessungen und insbesondere ihrer Anschlüsse an die Stromleiter einer Mittelspannungsanlage durch DIN 42 600 genormt, so daß sie ohne großen Montageaufwand in der Mittelspannungsanlage montiert werden können. Nachteilig dabei ist jedoch, daß für die Strom- und Spannungsmessung zwei Geräte montiert und angeschlossen werden müssen.

Aus der DE 40 10 576 A1 ist eine Sensoranordnung mit einem Mittelspannungs-Stromwandler bekannt, der aus einer Primärwicklung und einer mit einem Eisenkern versehenen Sekundärwicklung besteht, die zusammen mit einem kapazitiven Teiler in ein Gießharzgehäuse eingegossen ist. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß mit ihr keine Spannungsmessung durchgeführt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung zur Strom- und Spannungsmessung anzugeben, bei der Montage und Anschluß an eine Mittelspannungsanlage besonders einfach und mit geringem Arbeitsaufwand durchgeführt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Stromsensor für die Messung eines Stromes in einem Primärleiter, ein ohmscher Spannungsteiler für die Spannungsmessung und ein kapazitiver Spannungsteiler für die Spannungsprüfung zusammen in einem Kombigerät angeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann eins von zwei Geräten eingespart werden. Das Kombigerät ist kompakter als bekannte Geräteanordnungen zur Strom- und Spannungsmessung. Der Montageaufwand wird halbiert. Gleichzeitig werden bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung die Vorgaben der DIN 42 600 bezüglich der räumlichen Abmessungen und der Anordnung der elektrischen Kontakte eingehalten. Dies hat den Vorteil, daß die mit herkömmlichen Anordnungen ausgerüsteten Hoch- und Mittelspannungsanlagen auf einfache Weise mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung nachgerüstet werden können, indem einfach das entsprechende Modul ausgetauscht wird.

Vorteilhaft ist auch, daß das erfindungsgemäße Kombigerät einen Stromsensor in Verbindung mit fest eingebauter Bürde und einem Spannungsteiler aufweist. Beide Bauteile liefern an ihrem Ausgang eine der gemessenen Größe proportionale Spannung. Wenn andererseits neben dem Spannungsteiler ein Stromwandler eingebaut wäre, so müßte neben einem Spannungsmeßgerät zusätzlich ein Strommeßgerät bereitgestellt werden, wodurch sich der Aufwand nachteilig erhöht. Auch bei einer nachgeschalteten Elektronik ist es von Vorteil, wenn nur Spannungen als Meßgrößen zur Verfügung stehen, da diese von der Standardelektronik direkt verarbeitbar sind, während ein Strom als Meßgröße erst noch unter zusätzlichem Schaltungsaufwand in eine Spannung umgewandelt werden müßte.

Wesentliches Element der Erfindung ist es, statt eines aus einer voluminösen Wicklung und einem Eisenkern bestehenden Spannungswandlers einen raumsparenden ohmschen Teiler zu verwenden, weil das Kombigerät hinsichtlich seiner räumlichen Abmessungen die für Einzelgeräte vorgegebenen Standards (DIN-Norm 42 600) einhalten und folglich viel kompakter als die Einzelgeräte aufgebaut sein muß.

In der Zusammenstellung mit einem ohmschen Spannungsteiler für die Spannungsmessung kann das Vorhandensein eines kapazitiven Spannungsteilers für Anwendungsfälle entscheidend sein, die zusätzlich eine Spannungsprüfung erfordern. Die Erfindung erlaubt es dem Anwender, nach der einfachen Montage eines einzigen Kombigerätes, je nach Erfordernis entweder eine Strommessung, eine Spannungsmessung oder eine Spannungsprüfung oder eine Kombination von Messungen durchzuführen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stromsensor, der Primärleiter, der ohmsche Spannungsteiler und der kapazitive Spannungsteiler in einen Block aus Gießharz eingegossen sind. Durch diese Maßnahme werden die elektrischen Bauteile räumlich fixiert und gleichzeitig elektrisch isoliert, wobei außerdem auch noch das Gerätegehäuse erzeugt wird.

Um eine besonders hohe Meßgenauigkeit und ein geringes Spannungsniveau für die Strommessung zu erhalten, wird empfohlen, daß der Stromsensor als induktiver Stromsensor mit einer um den Primärleiter herum angeordneten Drahtspule ausgebildet ist.

Eine einfache Ausführungsform sieht vor, daß der Primärleiter im Kombigerät U-förmig ausgebildet ist und daß seine beiden Enden auf der Oberseite des Kombigerätes mit zwei Anschlüssen herausgeführt sind. Durch die U-förmige Gestalt des Primärleiters wird der Anschluß des Kombigerätes an die Mittelspannungsanlage in Übereinstimmung mit DIN 42 600 vorteilhaft vereinfacht. Die Anschlüsse sind dabei hinsichtlich ihrer räumlichen Anordnung, Abmessungen und mechanischer Anschlußart an die Mittelspannungsanlage angepaßt.

Die Erfindung kann dadurch noch verbessert werden, daß das Kombigerät auf seiner Oberseite mit Gewinden zum Einschrauben von Befestigungsschrauben versehen ist. Diese Gewinde, die zur Montage der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden, können insbesondere aus Gewindehülsen bestehen, die ebenfalls in den Gießharzblock des Gerätegehäuses eingegossen sind. Damit erhält man eine einfache Anpassung an die DIN 42 600, ohne daß aufwendige Fertigungsmaßnahmen erforderlich wären.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der ohmsche Spannungsteiler aus einem Widerstandsstreifen besteht und daß die beiden Enden des Widerstandsstreifens von Feldsteuerelektroden umgeben sind. Diese Ausführungsform ist einfach herstellbar und eignet sich besonders gut zum Eingießen in Kunstharz. Die Feldsteuerelektroden sorgen für einen gleichmäßigen Feldverlauf des elektrischen Feldes.

Der Spannungsteiler kann dielektrisch noch verbessert werden, wenn der Widerstandsstreifen mit Silikongummi umgossen ist. Durch diese Maßnahme wird der Spannungsteiler vor mechanischen chemischen und insbesondere vor elektrischen Einflüssen geschützt. Besonders vorteilhaft erweist sich der Silikonüberzug, wenn der Spannungsteiler in ein Gießharzgehäuse eingegossen wird. In diesem Fall führt der Silikonüberzug zur Ausbildung einer elektrisch dichten Edelfuge, wodurch Teilentladungen am Spannungsteiler verhindert werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß Meßleitungen, die vom Stromsensor, vom ohmschen Spannungsteiler und vom kapazitiven Spannungsteiler zu einer Meßwertanzeige- oder Auswertevorrichtung führen, an der Unterseite des Kombigerätes anschließbar und seitlich aus dem Kombigerät herausführbar sind. Dabei werden die Meßleitungen vorteilhaft zusammengefaßt und an einer Stelle aus dem Kombigehäuse herausgeführt, wo sie einen großen Abstand zu den Anschlüssen des Mittelspannung führenden Stromleiters haben.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Sensoranordnung für Mittelspannungen in der Größenordnung bis 3 kV ausgelegt und sie kann besonders vorteilhaft angewendet werden, wenn der Stromsensor für Nennströme von 40 bis 640 A und 1250 bzw. 2500 A ausgelegt ist, wobei die sekundärseitige Nennspannung konstant bei 150 mV bleibt, und als höchste thermische Dauerstromstärke 1250 A bzw. 2500 A erreicht werden können.

Bei der genannten Verwendung der Erfindung wird empfohlen, daß der ohmsche Spannungsteiler typischerweise ein Teilerverhältnis von 10000 zu 1 aufweist, wobei der Widerstand primärseitig zwischen 50 Ω und 300 MΩ erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung,

Fig. 2 eine Seitenansicht desselben Gehäuses,

Fig. 3 eine Draufsicht auf dasselbe Gehäuse.

In Fig. 1 erkennt man ein aufgeschnittenes Kombigerät 1, dessen Gehäuse 2 aus Gießharz besteht. Im Kombigerät 1 befindet sich eine Sensoranordnung zur Strom- und Spannungsmessung für Mittelspannungsanlagen, die für Spannungen bis 36 kV ausgelegt ist. Dabei ist ein Stromsensor 3, ein Primärleiter 4, ein ohmscher Spannungsteiler 5 und ein kapazitiver Spannungsteiler 6 zusammen in das Gehäuse 2 eingegossen.

Der zur Strommessung vorgesehene Stromsensor 3 ist als induktiver Stromsensor ausgebildet und besteht aus einer Drahtspule 7, die um den Primärleiter 4 herum angeordnet ist. Der Primärleiter 4 besteht aus einem Cu-Leiter, der für Nennströme von 80 bis 640 A bzw. 1250 bis 2500 A und für eine höchste thermische Dauerstromstärke von 1250 A bzw. 2500 A ausgelegt ist. Der Primärleiter 4 ist U-förmig ausgebildet, geht durch die Drahtspule 7 hindurch und erreicht mit seinen beiden Enden die Oberseite des Gehäuses 2, wo an den beiden Enden jeweils ein Anschluß 8 zur elektrischen Verbindung mit den Stromleitern der Mittelspannungsanlage ausgebildet ist.

Weiterhin besitzt das Kombigerät 1 auf seiner Oberseite seitlich zu den Anschlüssen 8 angeordnete Gewindehülsen 9, die zum Einschrauben von Befestigungsschrauben bei der Montage an der Mittelspannungsanlage bestimmt sind. Die Gewindehülsen 9 sind in das Gehäuse 2 eingegossen. Abmessungen, elektrische Anschlüsse 8 und Gewindehülsen 9 des Kombigeräts 1 sind in Übereinstimmung mit DIN 42 600 ausgestaltet.

Der ohmsche Spannungsteiler 5 besteht aus einem Widerstandsstreifen, der seinerseits aus einem Keramikträger gebildet wird, die mit einem aufgedruckten Leiter, der vorzugsweise aus einer Widerstandspaste besteht, versehen ist. Der ohmsche Spannungsteiler 5 besitzt einen primärseitigen Teilerwiderstand im Bereich von 50 MΩ, bis 300 MΩ. Damit wird ein Teilerverhältnis von 10000 zu 1 erreicht. Zu beiden Enden des Spannungsteilers 5 sind zwei Feldsteuerelektroden 10 angeordnet, die für einen möglichst gleichförmigen Übergang des elektrischen Feldes im Bereich des ohmschen Spannungsteilers 5 sorgen.

Der kapazitive Spannungsteiler 6 ist im wesentlichen für Überwachungszwecke bestimmt. Mit ihm kann geprüft werden, ob die Mittelspannungsanlage Spannung führt oder nicht. Die genaue Messung der Spannung wird über den ohmschen Spannungsteiler 5 vorgenommen.

Vom Stromsensor 3, vom ohmschen Spannungsteiler 5 und vom kapazitiven Spannungsteiler 6 führen Meßleitungen 11, 12 zu einer nicht gezeigten Meßwertanzeige- und Auswertevorrichtung. Die Meßleitungen 11, 12 sind an der Unterseite des Gehäuses 2 angeschlossen und führen seitlich aus dem Kombigerät 1 heraus.

Bezugszeichenliste

1 Kombigerät
2 Gehäuse
3 Stromsensor
4 Primärleiter
5 ohmscher Spannungsteiler
6 kapazitiver Spannungsteiler
7 Drahtspule
8 Anschluß
9 Gewindehülsen
10 Feldsteuerelektroden
11 Meßleitung
12 Meßleitung

Claims (10)

1. Sensoranordnung zur Strom- und Spannungsmessung, insbesondere für Mittelspannungsanlagen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Stromsensor (3) für die Messung eines Stromes in einem Primärleiter (4) , ein ohmscher Spannungsteiler (5) für die Spannungsmessung und ein kapazitiver Spannungsteiler (6) für die Spannungsprüfung zusammen in einem Kombigerät (1) angeordnet sind.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor (3), der Primärleiter (4), der ohmsche Spannungsteiler (5) und der kapazitive Spannungsteiler (6) in einen Block aus Gießharz eingegossen sind, vorzugsweise in seinen Hauptabmessungen DIN 42 600 entspricht.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stromsensor (3) als induktiver Stromsensor mit einer um den Primärleiter (4) herum angeordneten Drahtspule (7) ausgebildet ist.

4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Primärleiter (4) im Kombigerät (1) U-förmig ausgebildet ist und daß seine beiden Enden auf der Oberseite des Kombigerätes (1) mit zwei Anschlüssen (8) herausgeführt sind.

5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kombigerät (1) auf seiner Oberseite mit Gewinden (9) zum Einschrauben von Befestigungsschrauben versehen ist.

6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der ohmsche Spannungsteiler (5) aus einem Widerstandsstreifen besteht und daß die beiden Enden des Widerstandsstreifens von, insbesondere topfförmigen, Feldsteuerelektroden (10) umgeben sind.

7. Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsteiler mit Silikongummi umgossen ist.

8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Meßleitungen (11, 12), die vom Stromsensor (3), vom ohmschen Spannungsteiler (5) und vom kapazitiven Spannungsteiler (6) zu einer Meßwertanzeige- oder Auswertevorrichtung führen, an der Unterseite des Kombigerätes (1) anschließbar und seitlich aus dem Kombigerät (1) herausführbar sind.

9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stromsensor (3) für Nennströme von 80 bis 640 A oder 1250 bis 2500 A ausgelegt ist, wobei die sekundärseitige Nennspannung im wesentlichen konstant bei 150 mV bleibt, und daß als höchste thermische Dauerstromstärke 1250 A bzw. 2500 A erreicht werden können.

10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der ohmsche Spannungsteiler (5) typischerweise ein Teilerverhältnis von 10000 zu 1 aufweist, wobei der primärseitige Hochspannungswiderstand im Bereich zwischen 50 MΩ und 300 MΩ liegt.